Повышение диагностической значимости метода реографии Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Существующие способы оценки реографических кривых, описательный и количественный, на протяжении многих лет остаются практически единственными в комплексной оценке реограмм. Они служат лишь дополнительным инструментом в постановке диагноза.

Опыт применения реографии в клинической практике показал, что нет формы реограммы, а тем более коэффициентов, патогномоничных для какого-либо заболевания. Присутствуют лишь симптомы, указывающие на изменение структуры и свойств сосудистой стенки, изменения интенсивности и уровня объемного пульсового кровенаполнения, характерные для целого ряда патологических состояний.

Существует ряд признаков, отражаемых на реографической кривой, которые позволяют объяснить ту или иную степень изменения интенсивности и уровня суммарного кровенаполнения в исследуемой области, например, повышение тонуса сосудов характерно для гипертонической болезни; снижение эластичности сосудистой стенки -для атеросклероза и т. д. Но в большинстве случаев от исследователя скрыты истинные причины и патогенез возникновения заболевания, признаки которых видны на реограмме, что не позволяет поставить его диагноз.

Хотя метод исследования кровообращения с помощью реографии несет гораздо больше информации, скрытой в самой реограмме, она недоступна для обычных способов интерпретации. И не всегда понятно, за счет каких механизмов происходит изменение гемодинамики в исследуемой области, особенно, когда вопрос касается разницы между уровнем и интенсивностью кровообращения во внутренней сонной артерии и глазничной артерии, которая является ее терминальной ветвью.

Проводя анализ доступной нам литературы, мы не обнаружили иных способов обработки реографических кривых, которые бы позволили повысить информативность методики [2, 5, 7].

Трудоемкость математической обработки и необходимость проведения визуальной оценки квалифицированным врачом со специальной подготовкой тем не менее не избавляет комплексный анализ от определенного субъективизма, что, в свою очередь, ведет к возникновению ошибок в оценке уровня и интенсивности кровообращения, а по существу не отражает всех патологических изменений реографических кривых. В итоге это ведет к неполному использованию информации содержащейся в реограммах. Эти причины определили цель настоящей работы.

Цель исследования: повышение информативности и диагностической значимости метода реографии.

Всего было обследовано 126 человек и сформировано две группы исследования: первая - 67 человек - больные первичной открытоугольной глаукомой в начальной стадии, вторая - 59 человек - данных за глаукому нет. Мужчин -55 человек, средний возраст их составил 58,7 + 8,7 года. Женщин было 71 человек, средний возраст 57,4 ± 7,2 года. Статистически достоверной разницы по возрасту выявлено не было. Достоверных различий между группами по полу не установлено (рис. 1).

Все пациенты с диагнозом подозрение на глаукому проходили комплексное обследование в глаукомном кабинете и в отделении функциональной диагностики ККОКБ.

По результатам комплексного обследования пациентам либо был поставлен диагноз первичная открытоугольная глаукома в начальной стадии, либо данных за глаукому не выявлено.

Для исследования кровообращения в бассейне внутренних сонных артерий всем пациентам проводилась реоэнцефалография, а в бассейне глазничных артерий - реоофтальмография. Исследование проводили на аппаратно-программном комплексе «Мицар Рео-201», производство Санкт-Петербурга.

Всего было проанализировано 216 реоэнцефалограмм, принадлежащих 108 пациентам, которым по результатам комплексного обследования был поставлен диагноз первичная открытоугольная глаукома либо данных за глаукому нет. Больных глаукомой было 57 человек (114 реоэнцефалограмм). Условно здоровых лиц - 51 (102 реоэнцефалограммы).

В системе «Mathcad professional-7.0» все реоэнцефалограммы были преобразованы в коэффициенты Фурье.

Далее из Фурье-коэффициентов формировалась база данных в электронной таблице «Microsoft Excel», которая использовались в качестве входных параметров для искусственных нейронных сетей.

В программе-нейроимитаторе «НейроПро 0.3», разработанной группой «Нейрокомп» (Красноярск), были созданы и обучены на массиве базы данных искусственные нейронные сети. В результате обучения нейросети должны были дифференцировать примеры, принадлежащие здоровым лицам, и примеры больных первичной открытоугольной глаукомой.

Качество обучения проверяли в режиме «скользящего экзамена», когда исключается 2 примера известного класса, проводится обучение, а затем предъявляется нейросети как неизвестный.

Результаты проверки качества обучения представлены в таблице 1.

Общее количество правильных ответов составило 80,1% от общего числа примеров реоэнцефалограмм. Получен высокий процент распознавания примеров, относящихся к больным первичной открытоугольной глаукомой, он составил 88,6% от всех примеров, принадлежащих ко второму классу.

С применением дискретного преобразования Фурье и искусственных нейронных сетей было обработано 170 реоофтальмограмм, принадлежащих больным первичной открытоугольной глаукомой и лицам, у которых данных

за глаукому нет. Всего 126 человек. Из них 67 человек (94 глаза) больны глаукомой, 59 человек (76 глаз) условно здоровы.

Проверку качества обучения проводили тестированием нейронных сетей в режиме «скользящего экзамена». Результаты тестирования представлены в таблице 2.

Всего количество правильных ответов составило 90,6% от общего числа примеров. Разница между правильными ответами принадлежащих к классу больных глаукомой и примерами здоровых лиц составила всего 4,4%. Очевидно, что патологические изменения реографической кривой, которые невозможно определить обычными способами оценки, хорошо дифференцируются искусственными нейронными сетями. Это говорит о том, что у больных первичной открытоугольной глаукомой, даже в начальной стадии, есть специфические изменения сосудов, характерные только для этой патологии, что также подтверждается и в случаях оценки реоэнцефалограмм, записанных с бассейна внутренних сонных артерий. Этот факт свидетельствует о тесной взаимосвязи церебрального и интраокулярного кровотока [1, 3,4,6], несмотря на наличие системы ауторегуляции в бассейне глазничных артерий. При этом оценка реоофтальмограмм больных глаукомой с помощью искусственных нейронных сетей, несомненно, более специфична по сравнению с реоэнцефалографией.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в реографической кривой присутствует информация, характерная для определенной патологии. В случае распознавания реограмм (преимущественно реоофтальмограмм) больных глаукомой выявлены специфические изменения реографической кривой, которые невозможно идентифицировать обычными способами интерпретации реограмм, а применение дискретного преобразования Фурье и самообучающихся искусственных нейронных сетей существенно повышает диагностические возможности метода исследования гемодинамики с помощью реографии.

Мужчины Женщины

Рис. 1. Распределение обследованных лиц по полу.

Таблица 1 Результаты тестирования искусственных нейронных сетей на принадлежность реоэнцефалограмм к классам 1 и 2, обработанных с применением дискретного преобразования

Фурье

Класс Количество верных ответов Количество неверных Всего примеров

1 (здоров) 72 (70,5%) 30 (29,5%) 102 (47,3%)

2 101 (88,6%) 13(11,4%) 114(52,7%)

асего 173 (80,1%) 43 (19,9%) 216(100%)

Таблица2. Результаты проверки качества обучения искусственных нейронных сетей на способность узнавания примеров реоофтальмограмм, обработанных с применением дискретного

преобразования Фурье

Классы Количество верных ответов Количество неверных Всего примеров

1 (здоров) 67 (88,2%) 9(11,8%) 76 (44,7%)

2 (глаукооа) 87 (92,6%) 7 (7,4%) 94 (55,3%)

Всего 154 (90,6%) 16 (9,4%) 170(100%)